휠체어용 자세변환 장치의 중력보상 메커니즘 최적화 설계 기법 (Optimization Method for the Gravity Compensation Mechanism Applied to the Posture Change Unit of Electric Wheelchairs)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 46권 / 12호 / 1107 ~ 1113페이지
· 저자명 : 김세영, 박철훈, 박찬훈, 허필원, 구광민

초록

본 연구에서는 가스 스프링을 활용하여 전동 휠체어용 자세변환장치의 중력보상 메커니즘을 최적화하는 방법을 제안하였다. 자세변환장치는 하단부에 평행사변형 링크 구조를 포함하도록 설계하였기에 상단부에서 전달되는 리액션 토크를 구조적으로 흡수할 수 있으며, 이로 인해 상부와 하부 각각 작용/반작용에 의한 토크 커플링 없이 독립적인 회전이 가능하고, 각도불변 기준면이 확보되어 개별적인 중력보상이 가능하다. 중력토크를 보상하기 위해 카운터밸런스 토크를 발생시키기 위한 힘 자원으로 추가부품없이 단독 활용 가능한 가스 스프링을 선정하였으며, 중력토크보상률을 최대화하는 가스 스프링의 설치 위치를 최적화 과정을 통해 계산하였다. 구속 조건 및 경계 조건은 상용 제품의 스펙과 설치 조건, 기구부 치수 등을 토대로 세팅되었으며, 전역 최적해를 얻기 위해 다양한 초기값이 사용되었다. 주어진 설계 조건을 고려할 때 합리적인 중력보상이 이루어졌으며, 가스 스프링을 활용하는 해당 최적화 과정은 평행사변형 링크 구조를 포함하는 다양한 시스템에 적용될 수 있다.

영어초록

In this study, optimizing the mounting location of gas springs was proposed for an electric wheelchair with posture change unit to reduce the actuator torques. A simple parallelogram structure as lower part of the posture change unit structurally absorbs reaction torque from the upper part such that both parts of the seating unit can independently rotate without coupling each other. The optimization was therefore separately executed in each joint to compensate gravitational torque as much as possible by determining the optimal mounting position of gas springs. The gas spring specification and installation conditions were adopted from commercial products, and certain features of the specification were used as optimization constraints and boundaries. The results showed that the torques produced by the gas springs were largely balanced with the gravitational torques, indicating that the proposed optimization method could be used for parallelogram linkage system to efficiently work with less actuator torques.

참고자료

· 없음